CN113395792A - 一种发热且红外增透型结构件、加工方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发热且红外增透型结构件及其加工方法，结构件包括：基材层；功能层覆盖于基材层的表面，用于对结构件加热且可透过红外光，功能层包括透光层和固接于透光层表面的加热元件，加热元件由正极引脚和负极引脚引出透光层后连接电源；红外增透层，覆盖于功能层的内表面，用于增透红外光，红外增透层为AR增透膜；防水层，用于对功能层防水，防水层覆盖于红外增透层的内表面；基材层与防水层均具有红外光透过性。本发明的雷达罩可实现导电加热(除雾和除冰等需求)的功能；同时在功能上满足透特定红外波长，保证雷达的可靠工作。

Description

一种发热且红外增透型结构件、加工方法及其应用

技术领域

本发明涉及一种发热且红外增透型结构件、加工方法及其应用。

背景技术

随着AI智能、自动驾驶等智能领域的迅速发展，对产品的功能和需求提出了更多的要求。以此类智能领域所需匹配的激光雷达产品为例，激光雷达罩通常为注塑成型，而注塑塑料(例如PMMA和PC)的红外透过率不高(约≥85％)，结合终端产品的实际应用场景的需求，对塑胶产品提出了以下功能需求：

1.雷达罩产品的外层则必须符合环测的可靠性和机械强度；

2.雷达罩需要实现导电加热(除雾和除冰等需求)的功能；

3.雷达罩产品在功能上要满足透特定红外波长，同时还要具备较高的透光率。

要同时满足上述三种功能，产品的工艺和方案实施则更为复杂和困难。

例如公告号为CN211350920U的专利文献公开了一种带加热功能的雷达天线罩，该带加热功能的雷达天线罩包括罩体，该罩体罩盖于雷达天线上，所述罩体上设置有用于对其自身加热的加热装置。该发明雷达天线罩自身带有加热装置，通过车内供电，使雷达天线在低温结霜、结冰的条件下，快速升温到40-60℃，并恒定在此温度范围，能快速融化雷达天线罩表面的霜雪和结冰，并在汽车行驶的过程中不会再次结霜和结冰，保证了雷达天线在恶劣自然条件下能正常工作。然而该雷达天线罩仅具有导电加热功能，在雷达罩红外透光率和结构强度方面均没有作出改进。

此外，为了保证良好、均匀、快速的加热效果，本领域公知的技术手段是将加热电阻丝紧密且呈蛇形排列于加热层上，该技术方案在上述专利文献、以及公开号为CN110635240A等专利文献中均有记载，然而紧密排列的电阻丝不可避免地阻挡了红外光光波的传播，影响了激光雷达的可靠工作。该问题常用的改进方案可参考CN211350920U的专利文献中记载：“电加热膜对应雷达天线2的位置设置有镂空孔332，参见图8-9所示；或者是，该电加热膜中的加热导体33形成有避位331，参见图6-7所示，该避位331对应雷达天线2的位置，以此可使该加热装置3，不会影响雷达天线的正常工作。”，然而避位331的设置又反过来影响了电阻丝加热效果的均匀性，目前尚未有可同时满足加热效果的均匀性和雷达光波传播可靠性的方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种发热且红外增透型结构件，可同时实现导电加热和透过设定波长的红外光，该结构件可应用于激光雷达罩或者其他有相同功能需求的产品上。

本发明提供了如下的技术方案：

一种发热且红外增透型结构件，包括：

基材层；

功能层，覆盖于所述基材层的表面，用于对结构件加热且透过红外光，所述功能层包括透光层和固接于所述透光层表面的加热元件，所述加热元件由正极引脚和负极引脚引出所述透光层后连接电源；

红外增透层，覆盖于所述功能层的内表面，用于透过红外光，所述红外增透层为AR增透膜；

防水层，用于对所述功能层防水，所述防水层覆盖于所述红外增透层的内表面；

所述基材层与所述防水层均具有红外光透过性。

优选的，所述透光层为ITO导电膜，所述加热元件为施加于所述透光层的电阻式导线；所述电阻式导线为导电银浆丝或者铜丝。

优选的，所述电阻式导线蛇形弯折；所述正极引脚和负极引脚与FPC电连接或者与接线柱电连接。

作为另一种可选方案，所述透光层为ITO导电膜；所述加热元件为石墨烯膜，片状的石墨烯膜上设置有绝缘线，所述石墨烯膜由该绝缘线分割为第一导电区和第二导电区，所述第一导电区和所述第二导电区分别连接电源的正极和负极。

优选的，所述绝缘线为直线镂空形状。

优选的，所述基材层的外表面覆盖一层透光的硬化加强层。

发热且红外增透型结构件的加工方法包括以下步骤：

将基材层内表面做成镜面效果，然后在基材层内表面实施PVD工艺镀ITO导电膜；

在ITO导电膜上印刷一层电阻式导线，电阻式导线固化后与ITO导电膜电连接；

在电阻式导线的两端分别与FPC的正极和负极端子电连接，通过FPC实现与终端器件之间的电性连接；

使用PVD工艺在ITO导电膜的内表面镀覆AR增透膜；

在AR增透膜的内表面涂覆透明的防水材料形成防水层。

作为另一种可选方案，发热且红外增透型结构件的加工方法包括以下步骤：

制作与产品结构仿形的模具；

选择具有良好韧性、延展性和透光率的透光片材作为透光层，在透光层上焊接或者印刷一层电阻式导线，该电阻式导线的端部预留接线端，用于与外部的连接件电连接；

将透光层热压成型至所仿真的形状；

将成型后的透光层放入注塑模具中与基材层模内注塑成型，形成半成品；

在半成品的表面使用PVD工镀覆一层AR增透膜，实现红外增透；

在AR增透膜的内表面涂覆透明的防水材料形成防水层。

作为另一种可选方案，发热且红外增透型结构件的加工方法包括以下步骤：

将基材层内表面做成镜面效果，然后在基材层内表面实施PVD工艺镀ITO导电膜；

在ITO导电膜上镀石墨烯膜，石墨烯膜上设置有一条镂空的绝缘线，该绝缘线将石墨烯膜分割为第一导电区和第二导电区，第一导电区和第二导电区分别连接电源的正极和负极；

在石墨烯膜的内表面镀覆AR增透膜；

在AR增透膜的内表面涂覆透明的防水材料形成防水层。

本发明的有益效果是：

本发明将功能层覆盖于基材层上，功能层包括透光层和固接于透光层表面的加热元件，加热元件由正极引脚和负极引脚引出透光层后连接电源，加热元件通电后对产品加热除霜和除冰；在功能层的内表面镀覆一层红外增透层，红外增透层为AR增透膜，用来补偿基材层透明塑胶件的红外透过率不高的缺陷，保证雷达发射的激光有效地透过雷达罩；同时在红外增透层的内表面覆盖防水层，对功能层进行防水保护。本发明综合考虑各工艺的特性，同时满足了导电加热和透过设定波长的红外光的产品需求。

本发明把基材层内表面做成镜面效果，在基材层表面镀上ITO导电膜膜层，ITO导电膜具有透光和导电功能，同时还可以获得较低的方阻。为了将ITO导电层的导电性接线引出并与电气线路部分连接，在ITO导电膜层上施加一层电阻式导线，电阻式导线本身具有较高的导电性能，电阻式导线固化后即可与ITO导电膜层实现导电接通，电阻式导线与激光雷达的直流电导通后产生加热效果，实现除雾或者除冰。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是本发明实施例1的剖视结构示意图；

图3是本发明实施例2的结构示意图；

图4是本发明实施例2的剖视结构示意图；

图5是本发明实施例3的功能层结构示意图。

图中标记为：1.基材层；2.功能层；3.红外增透层；4.防水层；5.ITO导电膜；6.电阻式导线；7.FPC；8.硬化加强层；10.透光片材；11.石墨烯膜；12.绝缘线；13.第一导电区，14.第二导电区；15.FPC接线柱；16.接线端。

具体实施方式

本实施例提供一种发热且红外增透型结构件，该结构件可用于激光雷达罩以保护激光雷达，并且在不同工作环境中对雷达罩进行除雾、除霜、除冰等功能，以保证激光穿过雷达罩正常传播；其也可用于其他具有透光和加热需求的工业产品上。下面以雷达罩为例对本结构件作说明。

实施例1

如图1和图2所示，本结构件包括基材层1、功能层2、红外增透层3、防水层4和硬化加强层8。

基材层1采用透红外光的塑胶注塑成型，可将基材层1的内表面做成镜面效果，提高光波的透过率。功能层2覆盖于基材层1的表面，用于对结构件加热且透过红外光，功能层2包括透光层和固接于透光层表面的加热元件，加热元件由正极引脚和负极引脚引出透光层后连接电源。

其中，透光层可选用ITO导电膜5，ITO导电膜5采用PVD方式镀在基材层1的内表面，ITO导电膜5同时具有透光和导电功能，同时还可以获得较低的方阻。加热元件为施加于透光层的电阻式导线6，电阻式导线6为导电银浆丝或者铜丝。电阻式导线6的作用是将ITO导电膜5的导电性接线引出并与电气线路部分连接，电阻式导线6可以采用印刷的方式固定于ITO导电膜5上。导电银浆丝或者铜丝本身具有较高的导电性能，其固化后即可与ITO导电膜5实现导电接通，再通过电阻式导线6的接线点位与外部电源和雷达模块电连接后，即可实现与激光雷达主机的电气线路实现连接和接通，进而使电阻式导线6与ITO导电膜5同时通电发热，由于该加热方式为面加热方式，因此具有均匀、快速的加热效果。电阻式导线6的宽度和厚度可以根据客户的导电性和透光区域进行调整。

电阻式导线6蛇形弯折；结构件内嵌入有FPC接线柱15，FPC接线柱15插入基材层1内，FPC接线柱15伸出结构件外与FPC的正负极端子焊接，电阻式导线6的正极引脚和负极引脚与FPC7电连接。

红外增透层3镀覆于功能层2的内表面，用于增透红外光，补偿基材层1的红外光透过率。红外增透层3可选用AR增透膜。

防水层4用于对功能层防水，保证环测的可靠性，防水层4覆盖于红外增透层3的内表面。防水层4可选用红外光透过性的材质。

基材层1的外表面覆盖一层透光的硬化加强层8，实施表面硬化工艺，使雷达罩表面具有更高的硬度和亮度，提高雷达罩的耐刮擦和耐磨性，以及更佳的耐候性能。硬化工艺为公知技术，不再赘述。

本结构件的加工方法包括以下步骤：

将基材层1内表面做成镜面效果，然后在基材层1内表面实施PVD工艺镀ITO导电膜5；

在ITO导电膜5上印刷一层电阻式导线6，电阻式导线6固化后与ITO导电膜5电连接；

在电阻式导线6的两端分别与FPC7的正极和负极端子电连接，通过FPC实现与终端器件之间的电性连接；

使用PVD工艺在ITO导电膜5的内表面镀覆AR增透膜，形成红外增透层3；

在红外增透层3的内表面涂覆透明的防水材料形成防水层4；

在基材层1的外表面淋涂或者喷涂一层透光的硬化加强层8。

实施例2

如图3和图4所示，本结构件包括基材层1、功能层2、红外增透层3、防水层4和硬化加强层8。

基材层1采用透光塑胶注塑成型，可将基材层1的内表面做成镜面效果，提高光波的透过率。

功能层2覆盖于基材层1的外表面，用于对结构件加热且透过红外光，功能层2包括透光层和固接于透光层表面的加热元件，加热元件由正极引脚和负极引脚引出透光层后连接电源。加热元件为施加于透光层的电阻丝。

透光层为具有良好韧性、延展性和透光率的透光片材10，例如塑料片材，在该透光片材10上用超声波焊接的方式将电阻式导线6与透光片材10固定。也可采用其他常用的固定方式，例如使用导电胶粘贴固定等。

透光片材10的外表面覆盖一层透光的硬化加强层8，实施表面硬化工艺，使雷达罩表面具有更高的硬度和亮度，提高雷达罩的耐刮擦和耐磨性，以及更佳的耐候性能。硬化工艺的公知技术，不再赘述。

红外增透层3镀覆于基材层1的内表面，用于增透红外光，补偿基材层1的红外光透过率。红外增透层3可选用AR增透膜。

防水层4用于对功能层2防水，保证环测的可靠性，防水层覆盖于红外增透层的内表面。防水层4可选用红外光透过性的材质。

该结构件的加工方法包括以下步骤：

制作与产品结构仿形的模具；

选择具有良好韧性、延展性和透光率的透光片材10作为透光层，在透光层上焊接或者印刷一层电阻式导线6，即电阻丝，该电阻式导线6的端部预留接线端16，用于与外部的连接件电连接；

将透光片材10热压成型至所仿真的形状；

将成型后的透光片材10放入注塑模具中与基材层1模内注塑成型，形成半成品；

在半成品的内表面使用PVD工镀覆一层AR增透膜，实现红外增透；

在AR增透膜的内表面涂覆透明的防水材料形成防水层4；

在透光片材10的外表面淋涂或者喷涂一层透光的硬化加强层8。

实施例3

本结构件与实施例1的区别在于功能层的结构不同。

如图5所示，本实施例的透光层为ITO导电膜5；加热元件为石墨烯膜11，薄片状的石墨烯膜11上设置有绝缘线12，石墨烯膜11由该绝缘线12分割为第一导电区13和第二导电区14，第一导电区13和第二导电区14分别连接电源的正极和负极。绝缘线12为直线镂空形状，可采用镭雕或者蚀刻的方式加工，也可将第一导电区13和第二导电区14间隔地由导电胶粘贴于透光层上。

石墨烯膜11具有良好的导电性和导热性，单层石墨烯的热导率在3500-5000W/mK之间，远高于铜、银的热导率(分别为398W/mK、411W/mK)，且其对于激光雷达的905nm以及1550nm的近红外波长具有良好的透过性。本实施例采用片状的石墨烯膜11取代常用的电阻丝发热，避免了细长电阻丝的加热面积小而导致加热效果不均匀的问题，且石墨烯膜导热性能更佳，同时其具有透近红外光性能，不会对雷达发射的光波产生阻挡，保证了雷达工作的可靠性。另外，由于在同一温度下，石墨烯的导热系数随石墨烯的宽度的增加而增加，本实施例使用片状的石墨烯膜，有更高的导热系数，使雷达罩的加热效果获得有效的提高。

本结构件的加工方法包括以下步骤：

将基材层1内表面做成镜面效果，然后在基材层1内表面实施PVD工艺镀ITO导电膜5；

在ITO导电膜5上镀石墨烯膜11，石墨烯膜11上设置一条镂空的绝缘线12，该绝缘线12将石墨烯膜11分割为第一导电区13和第二导电区14，第一导电区13和第二导电区14分别连接电源的正极和负极；

在石墨烯膜11的内表面镀覆AR增透膜，形成红外增透层3；

在红外增透层3的内表面涂覆透明的防水材料形成防水层4。

实施例4

本结构件与实施例2的区别在于功能层的结构不同。

本实施例的加热元件为石墨烯膜11，薄片状的石墨烯膜11上设置有绝缘线12，石墨烯膜11由该绝缘线12分割为第一导电区13和第二导电区14，第一导电区13和第二导电区14分别连接电源的正极和负极。绝缘线12为直线镂空形状，可采用镭雕或者蚀刻的方式加工，也可将第一导电区13和第二导电区14间隔地由导电胶粘贴于透光片材10上。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发热且红外增透型结构件，其特征在于，包括：

基材层；

功能层，覆盖于所述基材层的表面，用于对结构件加热且可透过红外光，所述功能层包括透光层和固接于所述透光层表面的加热元件，所述加热元件由正极引脚和负极引脚引出所述透光层后连接电源；

红外增透层，覆盖于所述功能层的内表面，用于增透红外光，所述红外增透层为AR增透膜；

防水层，用于对所述功能层防水，所述防水层覆盖于所述红外增透层的内表面；

所述基材层与所述防水层均具有红外光透过性。

2.根据权利要求1所述的发热且红外增透型结构件，其特征在于，所述透光层为ITO导电膜，所述加热元件为施加于所述透光层的电阻式导线。

3.根据权利要求2所述的发热且红外增透型结构件，其特征在于，所述电阻式导线呈蛇形弯折；所述正极引脚和负极引脚与FPC电连接或者与接线柱电连接。

4.根据权利要求1所述的发热且红外增透型结构件，其特征在于，所述透光层为ITO导电膜；所述加热元件为石墨烯膜，片状的石墨烯膜上设置有绝缘线，所述石墨烯膜由该绝缘线分割为第一导电区和第二导电区，所述第一导电区和所述第二导电区分别连接电源的正极和负极。

5.根据权利要求4所述的发热且红外增透型结构件，其特征在于，所述绝缘线为直线镂空形状。

6.根据权利要求1所述的发热且红外增透型结构件，其特征在于，所述基材层的外表面覆盖一层透光的硬化加强层。

7.一种发热且红外增透型结构件的加工方法，包括以下步骤：

将基材层内表面做成镜面效果，然后在基材层内表面实施PVD工艺镀ITO导电膜；

在ITO导电膜上印刷一层电阻式导线，电阻式导线固化后与ITO导电膜电连接；

在电阻式导线的两端分别与FPC的正极和负极端子电连接，通过FPC实现与终端器件之间的电性连接；

使用PVD工艺在ITO导电膜的内表面镀覆AR增透膜；

在AR增透膜的内表面涂覆透明的防水材料形成防水层。

8.一种发热且红外增透型结构件的加工方法，包括以下步骤：

制作与产品结构仿形的模具；

选择具有良好韧性、延展性和透光率的透光片材作为透光层，在透光层上焊接或者印刷一层电阻式导线，该电阻式导线的端部预留接线端，用于与外部的连接件电连接；

将透光层热压成型至所仿真的形状；

将成型后的透光层放入注塑模具中与基材层模内注塑成型，形成半成品；

在半成品的表面使用PVD工镀覆一层AR增透膜，实现红外增透；

在AR增透膜的内表面涂覆透明的防水材料形成防水层。

9.一种发热且红外增透型结构件的加工方法，包括以下步骤：

将基材层内表面做成镜面效果，然后在基材层内表面实施PVD工艺镀ITO导电膜；

在ITO导电膜上镀石墨烯膜，石墨烯膜上设置有一条镂空的绝缘线，该绝缘线将石墨烯膜分割为第一导电区和第二导电区，第一导电区和第二导电区分别连接电源的正极和负极；

在石墨烯膜的内表面镀覆AR增透膜；

在AR增透膜的内表面涂覆透明的防水材料形成防水层。

10.权利要求1至6中任一项所述的结构件在激光雷达罩上的应用。

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